電場(chǎng)化學(xué)儀表第二節(jié)光電比色計(jì)和分光光度計(jì)的主要部件

第二節(jié)光電比色計(jì)和分光光度計(jì)的主要部件分析儀器組成：由光源、單色光器、比色皿、光電元件和檢測(cè)顯示等組成一、光源可見(jiàn)光區(qū)和紅外區(qū)：用鎢絲白熾燈紫外區(qū)：氫弧燈或氘燈λ(nm)相對(duì)能量%020406080300500700900100180~400nm交流4V8A直流350V→80V工作電流300mAλ(nm)相對(duì)能量%020406080200300400500100λ(nm)相對(duì)能量%0255075200300100二、單色光器定義：用來(lái)獲得單色光的器件濾光片、棱鏡、光柵1.濾光片:由有色玻璃制成作用：當(dāng)復(fù)合光透過(guò)濾光片時(shí)，經(jīng)濾光片選擇性吸收，其透色光為一近似的單色光。濾光片質(zhì)量：用最大透光度T和T/2兩點(diǎn)間的波長(zhǎng)差Δλ衡量，其值越小越好，常規(guī)值在30~100nm，干涉濾光片其值可小于5nm復(fù)合濾光片:由兩塊有色玻璃聯(lián)合使用λ(nm)TTmaxTmax/2λ(nm)T濾光片選擇:濾光片透光率最大的波長(zhǎng)與溶液最大的吸收波長(zhǎng)相同或相近互補(bǔ)原則、根據(jù)已知的被測(cè)物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)選擇濾光片、曲線法用普通光學(xué)玻璃制作其玻璃的透光范圍在300nm以上；紫外區(qū)用石英玻璃2.棱鏡:

利用棱鏡的散射作用，結(jié)合其他光學(xué)器件可獲得多種單色光當(dāng)i1＝i2?時(shí)，δ最小，即最小偏向角i1i2δ偏向角i2?i1?ABCEF3.光柵由刻有大量等寬、等距、平行線條的光學(xué)玻璃特點(diǎn)：1cm內(nèi)可達(dá)萬(wàn)條以上刻痕都相當(dāng)于不易透光的毛玻璃利用光的衍射和干涉現(xiàn)象進(jìn)行分光的滿足產(chǎn)生明條紋光柵常數(shù)衍射角衍射光的波長(zhǎng)光譜級(jí)次三、光電元件作用：將光能轉(zhuǎn)換成電能，轉(zhuǎn)換方法基于光電效應(yīng).光電效果：光是由能量為hv的粒子流組成，其打到不同性質(zhì)的光電元件材料上時(shí)，可產(chǎn)生不同的光電效應(yīng)。1.外光電效應(yīng)：在光線照射下，電子由物體表面逸出。如光電管和光電倍增管。2.阻擋層光電效應(yīng)：在光線作用某物體上，在物體上產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。如光電池。3.內(nèi)光電效應(yīng)：在光的作用下，物體的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。如光敏電阻。應(yīng)用：光電比色計(jì)、分光光度計(jì)的光電轉(zhuǎn)換元件有光電管、光電倍增管和光電池（一）光電管2.工作原理：暗電流：當(dāng)光電管的陰陽(yáng)兩極間加上電壓時(shí)，在沒(méi)有光照的情況下，電路中有一微小的電流流過(guò)（<10-9A）原因：由漏電流、陰極熱電子、管內(nèi)殘余氣體的電離1.結(jié)構(gòu):特點(diǎn)：光電陰極面積大，靈敏度較高，一般積分靈敏度可達(dá)20～200μA/lm；暗電流小，最低可達(dá)10-14A。缺點(diǎn)：真空光電管一般體積都比較大、工作電壓高達(dá)百伏到數(shù)百伏、玻殼容易破碎等。

真空光電管由玻殼、光電陰極和陽(yáng)極三部分組成。為了防止氧化，將管內(nèi)抽成真空。光電陰極即半導(dǎo)體光電發(fā)射材料，涂于玻殼內(nèi)壁，受光照時(shí)，可向外發(fā)射光電子。陽(yáng)極是金屬環(huán)或金屬網(wǎng)，置于光電陰極的對(duì)面，加正的高電壓，用來(lái)收集從陰極發(fā)射出來(lái)的電子。光電流：當(dāng)某一頻率的光照射陰極時(shí),陰極材料中的電子獲得足夠的能量,從陰極表面逸出,在外電場(chǎng)的作用下奔向陽(yáng)極,由此產(chǎn)生的電流為光電流。停止照射光電流便消失。紅限：入射光的頻率只有等于和大于某一極限頻率時(shí)，才能產(chǎn)生光電流，該極限頻率稱為紅限特點(diǎn)：不同的材料制成的光電陰極紅限不同，陰極材料用多種金屬或金屬化合物例如：光電管GD-5（紫敏）是銻銫陰極，紅限700nmGD-6(紅敏)是銀氧銫陰極，紅限1700nm逸出功(W)：電子從金屬表面逸出需克服金屬正離子的引力而做的功,不同材料逸出功不同。3.光電管特性光譜特性：當(dāng)λ紅<λ時(shí)，光射到同一光電管的陰極，I0相同，但光電子數(shù)隨頻率的不同而變化的現(xiàn)象。光電特性：當(dāng)光電管陰極和陽(yáng)極間加一定電壓時(shí)，光電流與入射光的光通量的關(guān)系光通量（lm）光電流uA真空式4006008001000246810相對(duì)靈敏度λ(nm)充氣式

是將一標(biāo)準(zhǔn)黑體加熱，溫度升高到某一程度時(shí)顏色開(kāi)始由紅--淺紅--白--藍(lán)白--藍(lán)，逐漸變化，利用這種光色變化的特性，某光源的光色與黑體在某一溫度下呈現(xiàn)的光色相同時(shí)，我們將黑體當(dāng)時(shí)的絕對(duì)溫度K稱為該光源的相關(guān)色溫。靈敏度：?jiǎn)挝还馔慨a(chǎn)生的光電流值積分靈敏度：以一定色溫的白光照射光電管陰極時(shí)產(chǎn)生光電流的大小來(lái)衡量單位：uA/lm;真空式：20～80uA/lm;充氣式：40～150uA/lm伏安特性：當(dāng)光照一定時(shí)，光電管與工作電壓的關(guān)系。當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，光電流不再增加工作電壓光電流uA充氣式真空式（二）光電倍增管構(gòu)造：有光陰極、陽(yáng)極、倍增電極組成光電倍增管的供電模式工作原理：在電場(chǎng)作用下，電極將被加速、轟擊到第一倍增極上，發(fā)射出2~5倍的二次電子，依次類推，最后聚集到陽(yáng)極上的電子數(shù)可達(dá)陰極電子數(shù)的106倍。光電管噪聲：暗電流和發(fā)射噪聲光陰極電流陽(yáng)極電流二次發(fā)射系數(shù)倍增電極數(shù)目陰極和倍增電極的熱電子發(fā)射及玻璃外殼的漏電流引起電流流經(jīng)光電倍增管時(shí)引起的波動(dòng)，是頻率均勻的交流信號(hào)光電管特點(diǎn)：靈敏度高，惰性小，放大倍數(shù)高，信噪比大、線性關(guān)系好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)需要負(fù)高壓電源（三）光電池光電池基本結(jié)構(gòu)：光電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)PN結(jié)。按材料分，有硅、硒、硫化鎘、砷化鎵和無(wú)定型材料的光電池等。硒光電池鋁（正極）硒氧化鎘負(fù)極+++++++-------照射前：硒和氧化鎘的電子逸出功不同，氧化鎘電子易向硒擴(kuò)散形成正負(fù)偶電層（阻擋層）照射后：硒中束縛電子吸收光子后變?yōu)樽杂呻娮?，在阻擋層?nèi)電場(chǎng)的作用下，越過(guò)界面到達(dá)氧化鎘和集電環(huán)，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)結(jié)構(gòu)：硒光電池的光譜特性400600800100020406080100相對(duì)靈敏度λ(nm)硒光電池（570nm）硅光電池?λ光通量（lm）光電流uA1000Ω200Ω50Ω硒光電池的疲勞現(xiàn)象:強(qiáng)光照射下，光電流很快升高到一最大值，然后開(kāi)始下降出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，光越強(qiáng)疲勞現(xiàn)象越顯著，置于暗處恢